二十年前，世界各地的生物学家和博物学家启动了雄心勃勃的项目，以创建我们星球生物多样性的清单。毕竟，他们说，你无法努力拯救你不知道存在的东西。即使是最乐观的估计也表明，目前科学已知的地球物种仅占四分之一，这引发了人们对物种灭绝率上升大背景下的担忧。
由于物种鉴定和描述的艰苦工作——以及在许多情况下，收集生物体的样本进行 DNA 测序，这些项目进展缓慢。现在，一种新的编目世界动物的方法已经出现：从稀薄的空气中吸取 DNA。
这项技术是先前在水、土壤和其他地方使用的一种变体的基础上发展而来的，科学家在其中收集和测序环境 DNA (eDNA)，即当地物种脱落的细胞中的遗传物质。从空气中提取 eDNA 可以提供一个地点居民的广泛图景。它也可能被证明对昆虫等生物特别有用，这些生物很难监测（并且经常在传统的 DNA 测序实践中被杀死）。分析 eDNA 比收集和测序单个动物更快、成本更低，而且它可以一次捕获来自许多物种的数据——即使在难以到达的环境中也是如此。
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最近发表在《当代生物学》上的两篇新论文对空气传播的 eDNA 进行了测试。一组研究人员在哥本哈根动物园工作，另一组在英国的哈默顿动物园公园工作——这些地点非常适合评估此类采样，因为科学家们确切地知道存在哪些物种以及有多少个体。
研究小组使用了不同的方法，通过过滤器抽真空或吹气来提取 DNA。一旦 DNA 被扩增和测序，两个团队都检测到了动物园中存在的许多物种——甚至包括建筑物内部或距离采集地点数百米的物种。
eDNA 采样还发现了动物园围墙外物种的遗传特征。英国小组鉴定出了在该国易受灭绝威胁的欧洲刺猬，丹麦小组发现了松鼠和猫的遗传痕迹。
研究人员表示，eDNA 是监测生物多样性的游戏规则改变者：其他技术需要动物在科学家观察时实际存在。“如果你有一个相机陷阱，它们必须走到你的相机前——因为如果它们走到后面，你永远不会知道，”约克大学的分子生态学家、英国研究的合著者伊丽莎白·克莱尔说。“如果你正在进行声音记录或[进行]目视调查，动物必须在那里。但是环境 DNA 更像是一个足迹。这是一种非常根本不同的数据类型。动物不必实际存在，因此你更有可能捕捉到稀有的东西。”
最近在“跨界生态学”会议上展示的一个概念验证的空气传播 eDNA 项目，将类似的技术带到野外，以根据瑞典南部三个地点的空气样本识别昆虫。保护科学家法比安·罗杰及其在隆德大学的同事发现了 DNA 痕迹，并将其与 85 个物种相匹配，包括蝴蝶、甲虫、蚂蚁和苍蝇，以及青蛙和鸟类等 9 个非昆虫物种。与传统调查的结果相比，eDNA 过程遗漏了一些物种，但发现了调查遗漏的其他物种。
现在在苏黎世联邦理工学院的罗杰说，他在监测水生生态系统中的新物种后，受到了尝试对空气传播的 eDNA 进行采样的启发。“我突然意识到获取人口的良好数据有多么困难，”他说。“而且随着最近的研究表明昆虫生物量减少了 70%，我们严重缺乏数据。”
研究人员估计，科学家仅描述了世界 550 万种昆虫物种中的一百万种，因此着眼于空气来监测生物多样性是一项令人兴奋的进展，可能会加快保护工作。“环境 DNA 采用这种新基质的时机已经成熟，”哥本哈根大学的生态学家、丹麦研究的合著者克里斯汀·博曼说。她补充说，她曾研究过粪便样本中的 eDNA，其他人则研究过土壤和水——甚至花朵，以发现哪些授粉物种落在它们身上。
关于空气传播的 eDNA 仍然存在疑问：首先，遗传物质在空气中持续存在多久尚不清楚。研究人员检测到的是最近的存在还是几个月前的存在？研究发现，在永久冻土中，完整 DNA 在其来源生物体死亡后长达 10,000 年仍然存在。但在其他条件下，例如暴露于来自太阳的紫外线辐射，DNA 可能会迅速降解。
另一个大问题涉及丰度。物种 DNA 的较大信号是否表明存在许多个体，还是仅仅是一个恰好更靠近采样站的个体？克莱尔说，这是 eDNA 研究领域最热门的话题之一。“简单的答案是否定的，”她补充道。“除非你有极其受控的条件，否则你无法知道丰度。”
尽管如此，使用来自空气的 eDNA 远程监测生物多样性的意义是巨大的。全球空气收集站网络可以让农民了解进入其区域的入侵生物，或告知保护科学家某种濒危鸟类是否仍然生活在特定区域，研究人员说。它还将提供对外部事物的快照，更快、更便宜，而无需人们在难以到达的地点进行费力的样本收集。博曼曾经跋涉穿过马达加斯加，故意吸引水蛭——后来分析了水蛭胃内的 DNA，以了解森林的居民。“如果我可以避免成为人类诱饵，并在我的电脑上获得结果，”她说，“那将是惊人的。”
编者注：本文的早期版本曾在网上以“空气中的 DNA 可以编目我们周围隐藏的昆虫”为标题发表